物理三大科学方法介绍

时间:2023-07-12 10:21:15 文圣 物理 我要投稿
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物理常用三大科学方法介绍

  对于一些微观的或看不见摸不着的物理现象、概念和规律,仅凭教师的讲解、描述和学生的想象是很难达到理想效果的。若教师在指导学生研究这些抽象物理现象、概念或规律时注意引导他们,有意识地尝试运用相应的科学方法去认识和理解,不仅会大大提高学生对这些物理现象、概念或规律的认识和理解能力,而且对培养学生的科学思维方法和习惯,提高科学素质会大有裨益,从而达到促进学生知识学习、培养能力和提高科学素质的目的。下面,笔者介绍研究物理现象常用的几种科学方法,供大家参考。

物理常用三大科学方法介绍

  物理常用科学方法

  一、转换法:

  对于一些看不见、摸不着的物质或物理问题我们往往要抛开事物本身,通过观察和研究它们在自然界中表现出来的外显特性、现象或产生的效应等去认识事物的方法,在物理学上称作转换法。它是帮助我们认识抽象物理现象的一种常用的科学方法。如:我们在认识和研究分子在永不停息地做无规则运动理论时,由于分子是微观的,不能直接用肉眼看到,因此,我们可以通过能直接观察或感觉到的扩散现象去认识和理解它;电流看不见、摸不着,我们可以通过各种电流的效应来判断它在存在;磁场看不见摸不着,我们可以通过小磁针指向或偏转以及与其它一些磁场的效应来判断它的存在;同理,在研究物体是否带电,我们也不能直接看到物体是否带电,但我们可以通过观察验电器上锡箔片的开合来判断物体是否带电;在研究空气的存在和大气压强时,我们可以通过感觉空气的流动及现实生活中对大气压强的各种应用来证明空气和大气压强的存在。

  随便说一下,很多仪器的制造也利用了转换法。如将看不见、摸不着的温度转换成液柱的升降制成了温度计。将看不见、摸不着的液体压强转换成两液面的高度差制成了压强计等。

  二、类比法:

  类比法是指由一类事物所具有的属性,可以推出与其类似事物也具有这种属性的思考和处理问题的方法。认识和研究物理现象、概念和规律时,将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行灵活、合理的类比,将有助于学生的理解。如在认识电流、电压的概念、研究电源的作用和影响电阻大小的因素等概念或规律时,与水流水压模拟实验、抽水机的作用和水渠对水流的影响等物理现象进行类比,会使学生理解和掌握这些抽象的物理概念或规律产生其他方法无法替代的作用。

  三、理想化法:

  理想化法是指根据所研究问题(一般都十分复杂,涉及诸多因素)的需要和具体情况,确定研究对象的主要因素和次要因素,保留主要因素,忽略次要因素,排除无关干扰,从而简明扼要地揭示事物的本质。理想化法是一种科学抽象,是研究物理学的重要方法。理想化方法包括理想实验法和理想模型法。

  物理常用科学方法

  实验法

  ①先用1根条形磁铁快速插入或拔出螺线管,电流表指针偏转,但角度较小;再用2根条形磁铁快速插入或拔出螺线管,电流表也偏转,此时的角度比1根时大得多。为什么会这样?这是因为当线圈的匝数一定时,两次都快速插入或拔出,可以认为两次的时间都相等;而第二次用两根磁铁,则可以认为磁感应强度B增加了,φ=BS,磁通量φ增加了,这说明了感应电动势的大小与磁通量有直接的关系。

  ②我们始终用1根条形磁铁。实验时,我们先将条形磁铁缓慢插入螺线管中,看到电流表指针偏转,角度较小;再用相同的条形磁铁快速插入螺线管中,我们发现此时电流表指针的偏转角度比慢速插入时更大。当其它条件都相同时,快插入时间短,慢插入时间长。这就说明了时间T也是直接影响了感应电动势大小的因素。

  因此,通过这个实验我们很容易地归纳总结得出结论:电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。

  实验法 实验法就是利用有关的器材或设备,通过仔细的观察,收集相关的数据,对数据进行科学的处理,得出正确的结论或答案。我们科学研究,特别是物理研究的一种最基本的方法。很多伟大的发明和发现都是在实验中发现的。例如,影响感应电动势大小的因素,就是通过实验去探究。我们用条形磁铁、螺线管、电流表、导线等器材。实验时我们将两导线和螺线管两接线柱相连接,另一端与电流表接线柱连接。实验中先固定其中一个变量,观察另外一个变量,看看感应电动势的大小如何变化。

  分析法

  物理对象的分析出现在以下情况:若研究对象是由几个相互联系的物体组成,则可以将其中的一个或几个物体划分出来,单独研究。例如,静力学中研究一个物体的受力情况时,先将物体假想与周围物体隔离开来,按重力、弹力、摩擦力、电场力、分子力或磁场力的顺序分析受力;在动力学问题中,先分析受力后,列出ΣF=ma再求出a或其中某个力;在较为复杂的运动中使用动能定理或动量定理时,先将物体隔离,分析出每个力的做功或冲量。

  分析法就是研究者用眼睛仔细观察物体的运动情况、状态和过程等表面现象,通过运用大脑的抽象思维能力、逻辑推理能力等,深入揭示物体间,各部分之间内在的、本质的必然的联系,即规律性。并通过定律、定理等,找到解决问题的一种方法。物理学上的分析包括物理量的分析、物理对象的分析和物理过程的分析。

  观察法:

  物理是一门以观察和实验为基础的学科。许多物理知识都是通过观察和实验认真总结和思索出来的。

  我们在学习长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压、电功等物理量的测量时,就要认真观察测量工具,了解它的构造、量程和分度值,为测量做好充分的准备。

  我们在学习声音的产生、光的反射、光的折射、平面镜成像的特点、凸透镜成像的规律、扩散等知识时,就要认真观察,观察发生的现象,探寻其产生的原因和规律。

  总之,学习物理必须进行规范地实验操作,认真细致地进行观察,才能得到准确的实验结果,养成良好的实验习惯,培养扎实的实验技能。

  物理常用科学方法

  转换法:

  一些比较抽象的、看不见、摸不着的微观物理现象,要研究它们的运动等规律,使之转化为熟知的、看得见摸得着的宏观物理现象来认识它们,这种方法在科学上叫做转换法。

  1、空气看不见、摸不到,我们可以根据空气流动形成的风来认识它。

  2、分子看不见、摸不到,不好研究,我们可以通过研究墨水的扩散现象去认识它。

  3、电流看不见、摸不到,判断电路中是否有电流时,我们可以根据电流产生的效应来认识它。

  4、磁场看不见、摸不到,我们可以根据它产生的作用来认识它。

  其实还有很多地方用到转换法,比如:

  1、压力的作用效果可以转化为海绵的凹陷程度。

  2、物体动能的大小可以转化为木块在水平面运动距离的远近。

  3、物质吸收热量的多少可以转化为加热时间的长短。

  4、电流的大小、实际功率的大小可以转化为灯泡的亮度。

  对比法:

  当你想寻找两件事物的相同和不同之处时,就需要用到对比法。可以进行比较的事物和物理量很多,对不同或有联系的两个对象进行比较,我们主要从中寻找它们的不同点和相同点,从而进一步揭示事物的本质属性。

  1、比较蒸发和沸腾的异同。

  2、比较汽油机和柴油机的异同。

  3、比较电压表和电流表使用方法的异同。

  4、比较发电机和电动机的异同

  利用比较法不仅加深了对它们的理解和区别,使同学们很快地记住它们,还能发现一些有趣的东西。

  归纳法:

  通过样本信息来推断总体信息的方法就是归纳法。要做出正确的归纳,就要从总体中选出样本,而且样本必须足够大且具有代表性。比如:力的概念就用到了归纳法。

  首先收集素材:人推车、人提物、运动员举杠铃、手按图钉、磁体吸引铁等等。

  然后归纳共同点:都有两个物体,都有一个动作。

  最后得出力的概念:力是一个物体对另一个物体的作用。

  物理常用科学方法

  放大法:

  有些实验,实验现象我们是能够看到的,但是很不容易观察。我们就将它产生的效果进行放大,再进行研究,这种方法就是放大法。

  1、音叉的振动很不容易观察,我们利用乒乓球将其现象放大,便于观察。

  2、观察压力对玻璃瓶的作用效果时,我们将玻璃瓶密闭、装水、插上一根小玻璃管,将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管内液面的变化。

  等效替代法:

  某些物理量由于受到实验本身的特殊限制或因实验器材的条件限制,不可以或很难直接进行测量,可以通过测量与之有相同效果的物理量来进行研究,从而得出相同的结论,这种研究问题的方法就是等效替代法。等效替代法可以使要研究的问题简单化、直观化、易于理解、便于操作。

  1、在著名的曹冲称象故事中,大象的质量太大,在当时的条件下不便于直接测量,可以测量与之效果相同的石块的总质量,从而得出大象的质量。石头的质量等效于大象的质量。

  2、在电路中,一个电阻可以等效于几个电阻,几个电阻也可以等效于一个电阻。串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都是利用了等效替代的思想。

  3、在平面镜成像的实验中,我们利用两根完全相同的蜡烛,验证像与物大小相同,因为我们无法真正的测出像与物的大小关系,所以我们利用完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小。

  4、在研究同一直线上二力的合成时,我们引进了合力这个概念,也是等效替代的思想。

  累积法:

  在测量微小量的时候,我们常常将微小的量积累成一个比较大的量。比如:在测量一张纸的厚度的时候,我们先测量100张纸的厚度,再将结果除以100,这样使测量的结果更接近真实值,这就是累积法。

  测量一张邮票的质量、测量心跳一次的时间,测量细铜丝的直径等等,均采用累积法来进行。

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